多轴式空气压缩机甩负荷的原因及对策分析

王毅兵　夏良成

摘要：随着科学技术水平的不断进步发展，多轴式空气压缩机的使用也更加广泛。文章对多轴式空气压缩机的控制原理进行了简单的描述，对多轴式空气压缩机甩负荷的原因进行了分析，并据此提出了相应的解决对策，以期可以避免发生相类似的问题。

关键词：多轴式空气压缩机；甩负荷；大化肥工业制造；放空阀；运行参数

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0079-02

多轴式空气压缩机在大化肥工业制造项目中的应用较为广泛，比如其在我国塔里木化肥合成氨工艺中的应用。多轴式空气压缩机为工业生产带来了极大的便利，但是一旦多轴式空气压缩机出现了甩负荷的情况，那么也将会对生产造成极大的损失。在塔里木化肥生产项目中就曾因工作人员调整了机组相关的运行参数，致使空气压缩机出现了甩负荷的现象，导致除了一段炉以及脱碳装置之外的所有装置“停摆”。从这上面我们也可以看出对其做好必要的防范措施是非常有必要的。

1 多轴式空气压缩机的简要概述

1.1 工艺描述

多轴式空气压缩机在现如今的工业生产中多出现于工业化肥合成氨的制作当中。其主要的工作原理就是由蒸汽汽轮机进行驱动、压缩机来提高齿轮箱的运转速度。一般来讲，设置在压缩齿轮箱与蒸汽汽轮机中间的中间齿轮箱的主要作用及时减少传递到要压缩机齿轮箱的转速。现在较为常用的多轴空气压缩机一般是由四级压缩以及二级压缩两段组成。多轴空气压缩机的冷水器会安装到1级、2级、3级以及4级的出口位置。压缩机在正常运转的情况下，4级出口会将过滤器传来的空气（一般是58820Nm3/h）压缩成1.42MPa（A），然后就会被安装在四级出口出的水冷器冷却到34.5℃。其中一部分的空气会以仪表空气、尿素防腐空气的形式被利用。剩余部分的空气会接着被传送到压缩机的第二段中，一般来讲，压缩机二段会将传送过来的空气压缩到3.82MPa（A）、167℃，然后“投入”到二段炉中进行燃烧。

1.2 多轴空气压缩机的控制

为了可以在最大程度上实现空气压缩机的阴性稳定（并可以让其在流量减少的情况下运行），空气压缩器会配备放空阀。放空阀的主要作用就是用来填补运行过程中和最小容积流量的差数。该阀门实现控制的方式是通过喘振控制器。依据运行的稳定与否确定喘振线，该喘振线会受到许多因素的影响（比如说温度、压力等）。因此在喘振线要设定一条安全线来保证留有一定的安全余量，通常会将这条线成为放空线。这条线会与喘振线持平（设置的安全余量一般是喘振流量的8%）。

空气压缩机一、二段的进口导叶（IGV）主要是控制压缩机的流量以及压力，将进口导叶开启则会增加压缩机的流量以及下游压力，将其关闭则会减少压缩机的流量以及下游压力。空气压缩机在正常运行时会有最小容积流量的相关要求，如果传递到压缩机的容量低于最小容积流量的设定值时则会导致叶轮“罢工”，从而致使喘振现象的发生。一旦发生喘振现象，不但会对整个空气压缩机的机械部件造成严重影响，同时也会减少空气压缩机的使用寿命。

防喘振阀以及导叶：如同上文所述，防喘振阀以及导叶的主要功能就是控制空气压缩机的流量，一般来讲，一段流量导叶调节的范围最多也只能是额定流量的30%，这也就是说一段流量导叶只能将额定流量从满额降到额定的70%，如果还需要继续减少流量的话，则要通过放空阀进行调整。但是如果需要调整的量大于70%，那么放空阀将会完全关闭，一段流量导叶将从最小的操作位置打开（一般来讲是-55°）。相比一段流量导叶而言，二段流量导叶可以多调节8%的额定流量。同理可证，二段流量导叶只能将额定流量从满额调整到62%，如果需要调整的流量超过了38%，那么就需要用到二段放空阀，如果需要调整的量大于62%，这是二段流量导叶将会从最小的操作位置打开（一般为-60°）。

导叶（IGV）对压缩机的流量控制：一段流量是由一级进口的导叶进行控制，其导叶的位置角度是由气动执行器进行调节（调节的范围大概为-55°～+20°），该调节角度相当于开度为0%～100%。二段流量则是由五级进口的导叶进行流量控制，该导叶的位置角度也由气动执行器进行调节（调节的范围大概为-60°～+20°），相当于开度为0%～100%。

一段控制原理：控制一段的控制器一定要将其设置在自动模式上，其主要的工作任务就是防止空气压缩机喘振，除此之外，其也要具有在极端条件下可以打开放空阀的功能。一般来讲一段喘振的流量设定在3450m3/h，如果压缩机的一段实际流量高于设定值时，一段的放空阀会自动关闭，如果实际流量小于设定值时，一段放空阀会开启。二段喘振的设定流量为1750m3/h，其余控制原理与一段相同。

一段出口的压力控制器可以看作是一个安全控制器，它主要是由DCS控制，其也要在运行中调节为自动模式，其控制器的主要作用就是防止一段出口的压力过大[临界值为1.5MPa（G）]，如果压缩机处于极端操作条件下，当其压力大于1.5MPa（G）时，一段以及二段的放空阀都会瞬间打开，如果压力小于该值时则会自动关闭，二段出口压力的临界值为4.2MPa（G），其控制原理和一段相同。

2 压缩机甩负荷的原因及其对策研究

2.1 压缩机甩负荷出现的原因分析

通过对压缩机进行仔细的排查分析之后我们得出，造成压缩机甩负荷以及放空阀突然打开的原因主要是表现在以下两个方面：

2.1.1 当压缩机中汽轮机的转速降到了5743r/min以下的时候，电磁阀会出现失电现象，这个时候就有可能造成压缩机的一段、二段放空阀的瞬间全开。

2.1.2 当压缩机一段出口的压力超过了[它的最大临界值为1.451MPa（G）]1.5MPa（G）或者是二段的出口压力超过了[二段出口的最大临界值为3.861MPa（G）]4.2MPa（G）的时候，也会导致压缩机的一段以及二段的放空阀瞬间全开。endprint

通过以往有关压缩机甩负荷事故的分析我们发现，当压缩机的装置负荷发生变化之后，为了避免二段炉出现温度过高的现象，这个时候操作人员往往会采取关小压缩机出口阀来降低二段炉的空气进量。但是关小出口阀就会导致压缩机一段和二段出口压力上升。因为一段和二段出口的压力值是有一定限制的[一段为1.451MPa（G），二段为3.861MPa（G）]，这个时候压缩机会自动关闭小导叶来实现压力的平衡。当导叶的开度值已经为0的时候，如果操作人员仍在关小出口阀的话，那么压缩机就会出现一段、二段放空阀瞬间全开的情况。

除此之外，引起压缩机出现甩负荷现象的原因也有可能是由于：在注汽阀的手动模式下，增加了注汽流量，这会使得注汽阀门由原本的压力控制转变成流量控制，从而造成注汽阀时而打开时而关闭的情况发生，这个时候汽轮机的转速会出现大幅度上下波动的现象，当这种波动达到峰值的时候（也就是5743r/min）压缩机就会出现甩负荷的情况。

2.2 针对多轴空气压缩机甩负荷的对策研究

2.2.1 一定要严格控制多轴空气压缩机的各项操作指标，对压缩机一段出口的压力要严格控制在1.4MPa（G）之内，与此同时也要注意调整二段出口的压力值[从37.2MPa（G）调整到39MPa（G）]。

2.2.2 坚决不允许利用多轴空气压缩机的出口阀FV2011来减少空气进量。如果想减少空气进量，那么只能通过压缩机来实现，也就是在保持压缩机的转速恒定的基础上，通过机组的导叶以及放空阀来进行卸载操作，即要通过操作人员来改变一段、二段出口压力的设定值。首先要利用压缩机自动闭合一段、二段的导叶，在导叶完全闭合之后，再逐渐打开放空阀，然后完成卸载，这样做才是最安全节能的方式。

2.2.3 在装置运行的时候，压缩机的注汽阀PV7052一定要调至自动模式，如果这项模式一直没有经过调试和试用的话，那么为了避免意外的发生，可以暂时不进行生产使用。

2.2.4 多轴空气压缩机中的注汽阀PV7052如果是置于手动模式的话，那么要求它的注汽量一定不要超过10t/h。

通过上述四点要求，希望可以在一定程度上阻止多轴空气压缩机出现甩负荷的情况，避免因此对工厂造成比较大的经济损失。

3 结语

通过对多轴空气压缩机甩负荷的原因分析，可以让我们深刻地认识到对多轴式压缩机的操作控制是非常复杂的。同时，会引起压缩机停机以及出现甩负荷情况的原因也比较多。这不但要求我们在对事故原因进行查找分析的时候要认真地理解厂商所给的资料，同时也要根据现场的实际情况来排查可能引发故障的原因。多轴空气压缩机一旦出现甩负荷的现象会造成非常大的经济损失，因此分析事故发生的原因，以期在最大程度上避免类似情况的发生，是对多轴式空气压缩机甩负荷问题进行对策研究的根本目的。

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作者简介：王毅兵（1982-），男，陕西西安人，青海盐湖工业股份有限公司化工分公司助理工程师，研究方向：化工机械。endprint